降压稳压器架构(COT降压稳压器)
阻容降压原理及稳压电源设计详解
阻容降压原理及稳压电源设计详解电容降压电源的特点一、概述电子工程师总是在不断追求减小设备体积，优化设计，以期最大限度地降低设备成本。
其中，减小作为辅助电源的直流稳压电源电路部分的体积，往往是最难解决的问题之一。
普通的线性直流稳压电源电路效率比较低，电源的变压器体积大，重量重，成本较高。
开关电源电路结构较复杂，成本高，电源纹波大，RFI和EMI干扰是难以解决的。
下文介绍的是一种新颖的电容降压型直流稳压电源电路。
这种电路无电源变压器，结构非常简单，具体有：体积小、重量轻、成本低廉、动态响应快、稳定可靠、高效（可达90%以上）等特点。
二、电容降压原理当一个正弦交流电源U（如220V AC 50HZ）施加在电容电路上时，电容器两极板上的电荷，极板间的电场都是时间的函数。
也就是说：电容器上电压电流的有效值和幅值同样遵循欧姆定律。
即加在电容上的电压幅值一定，频率一定时，就会流过一个稳定的正弦交流电流ic。
容抗越小（电容值越大），流过电容器的电流越大，在电容器上串联一个合适的负载，就能得到一个降低的电压源，可经过整流，滤波，稳压输出。
电容在电路中只是吞吐能量，而不消耗能量，所以电容降压型电路的效率很高。
三、原理方框图电路由降压电容，限流，整流滤波和稳压分流等电路组成。
1.降压电容：相当于普通稳压电路中的降压变压器，直接接入交流电源回路中，几乎承受全部的交流电源U，应选用无极性的金属膜电容（METALLIZED POLYESTER FILM CAPACITOR）。
2.限流电路：在合上电源的瞬间，有可能是U的正或负半周的峰_峰值，此时瞬间电流会很大，因此在回路中需串联一个限流电阻，以保证电路的安全。
3.整流滤波：有半波整流和全波整流，与普通的直流稳压电源电路的设计要求相同。
4.稳压分流：电压降压回路中，电流有效值I是稳定的，不受负载电流大小变化的影响，因此在稳压电路中，要有分流回路，以响应负载电流的大小变化。
四、设计势实例1.桥式全波整流稳压电路：规格要求：输出DC电压12V，DC电流300mA；输入电源220V AC/50HZ 市电。
Buck-Boost变换器原理.
Buck变换器原理Buck变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源、三端开关型降压稳压器1•线路组成图1( a)所示为由单刀双掷开关S、电感元件L和电容C组成的Buck变换器电路图。
图1(b)所示为由以占空比D工作的晶体管T r、二极管D i、电感L、电容C组成的Buck变换器电路图。
电路完成把直流电压V s转换成直流电压V。
的功能。
2•工作原理当开关S在位置a时，有图2 (a)所示的电流一 -流过电感线圈L,电流线性增加，在负载R上流过电流I。
，两端输出电压V o,极性上正下负。
当i s>l o时，电容在充电状态。
这时二极管D1承受反向电压；经时间D订S后(- -…’「，t on为S在a位时间，T s是周期)，当开关S在b位时，如图2 ( b)所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持其电流i L不变。
负载R两端电压仍是上正下负。
在i L<l o时，电容处在放电状态，有利于维持I o、V o不变。
这时二极管D1,承受正向偏压为电流i L构成通路，故称D1 为续流二极管。
由于变换器输出电压V o小于电源电压V s，故称它为降压变换器。
工作中输入电流is,在开关闭合时，i s>0，开关打开时，i s=0 ,故i s是脉动的，但输出电流I o,在L、D1、C作用下却是连续的，平稳的。
图2 Buck变换器电路工作过程图1 Buck变换器电路Boost变换器Boost变换器又称为升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压器1•线路组成2•工作原理当开关S在位置a时，如图2(a)所示电流i L流过电感线圈L,电流线性增加，电能以磁能形式储在电感线圈L中。
此时，电容C放电，R上流过电流I o, R两端为输出电压V o, 极性上正下负。
由于开关管导通，二极管阳极接V s负极，二极管承受反向电压，所以电容不能通过开关管放电。
开关S转换到位置b时，构成电路如2(b)所示，由于线圈L中的磁场将改变线圈L两端的电压极性，以保持i L不变。
新DC／DC降压稳压器架构省时、省力、省空间
工 业 手 持 设 备 、 便 携 式 媒 体 播 放 器 和 条 形 码 扫 寸 及 数 目 的 减 小 ，还 能 文 现 超 小 外 形 尺 寸 的 解
描 仪 改 变 了 直 流 电 源 转 换 、 管 理 和 分 配 的 方 决 方 案 。 从 事 这 些 应 用 开 发 的 电 源 设 计 人 员 ，
字 电路 、存储 器 以及１ ０选 择 电 源 稳 压 器 ，这 些 耗 、 电 路 板 空 间 ， 而 且 动 态 电 气 性 能 对 满 足 系 挑 战 的 出现 催 生 了新 的设 计 思 路 。
统 功 率 预 算 要 求 来 说 也 并 不 重 要 。 事 实 上 ，许
多应用都 采用３５ －Ａ的 低 效 线 性 稳 压 器 ， 因 为 功
低 的 漂 移 、 纹 波 、 线 性 调 节 和 负载 瞬 态 响应 综
合误差。
Ｃ 外 形 尺 寸 更 ｄ ／ 薄 的 消 费 产 品 。 消 ） ，更
ＩＯＤ Ａ Ｏｕｐ ｔＣｕｒ ｎ 《 Ｌ ｔｕ ｒｅ ｔ ｍＡ｝
费 产 品追 求 更 小 的 外 形 尺 寸 和 更 高 的性 能 ， 这 给 系 统 电 源 设 计 人 员带 来 了挑 战 ，促 使 他 们 寻
２
接 口 ， 以 及 众 多 新 的 无 线 标 准 （ ｉ ｉ Ｌ Ｅ、 Ｗ Ｆ、 Ｔ
０ ８ ６ ４ ２ ０
Ｗｉ ＭＡＸ等 ） 。这 些 内 核 基 于 业 界 最 新 的 高 密 度
６ ／ ５ ｎ Ｔ 艺 ， 只需 极 低 的 工 作 电 压 （ 至 ０ ８ ０４ 一 ｍＪ ＿ 低 ．
计 、 减 小 封 装 等 优 势 ， 可 获 得 总 体 占 位 面 积 更
AN032_CN 降压转换器架构之比较(CM、CM_COT、ACOT)
Roland van RoyAN032 – Jan 20151. 简介 (2)2. 电流模式降压转换器 (2)3. 立锜之电流模式- COT（CMCOT）降压转换器 (4)4. 立锜之ADVANCED-COT (ACOT TM) 降压转换器 (5)5. 测量结果比较 (7)6. 总结 (10)降压转换器架构之比较1. 简介降压转换器被广泛应用于各种消费性和工业上的应用之中，其中常需转换器将较高的输入电压转换成一较低的输出电压。
现有的降压转换器效率非常好，并能在变化范围很大的输入电压和输出负载的条件下，仍产生调节良好的输出电压。
降压转换器有很多不同的回路控制方式：在过去，被广泛使用的是电压模式和电流模式，然而近来恒定导通时间（COT）架构也常被使用，而有些降压转换器则是同时由电流模式和恒定导通时间来控制的。
立锜的DC-DC 产品组合包含了多种降压转换器，包括电流模式（CM），电流模式-恒定导通时间（CMCOT）和先进恒定导通时间（ACOT™）等架构。
每种架构都有其优点和缺点，因此在实际应用中要选择降压转换器时，最好能先了解每种架构的特点。
2. 电流模式降压转换器电流模式降压转换器之内部功能框图显示于图一。
图一、电流模式转换器之内部功能框图在典型的电流模式控制中，会有一个恒定频率来启动高侧MOSFET，并有一误差放大器将反饋信号与参考电压作比较。
然后，电感电流的上升斜率再与误差放大器的输出作比较；当电感电流超过误差放大器的输出电压时，高侧MOSFET 即被关断(OFF)，而电感电流则流经低侧MOSFET，直等到下一个时钟来到。
电流斜坡再加上斜率补偿之斜坡是为要避免在高占空比时的次谐波振荡，并提高抗噪声性能。
电流模式转换器之回路带宽（F BW）是由误差放大器输出端的补偿元件来设定，通常设在远低于转换器的开关频率。
电流模式转换器之稳态和负载瞬态变化操作之波形显示于图二。
降压转换器架构之比较图二、电流模式转换器之稳态与负载瞬态的波形降压转换器架构之比较3. 立锜之电流模式- COT（CMCOT）降压转换器立锜之电流模式-COT 降压转换器之内部功能框图显示于图三。
LDO和BUCK降压稳压器的区别及应用注意事项
LDO 和BUCK 降压稳压器的区别及应用注意事项
在采用MCU/DSP/FPGA 设计的控制系统中，低压输入级（一般在12V 以下），输出5V/3.3V/1.8V/1.5V/1.2V 的电路中，常用的电源芯片是BUCK（降压型）开关稳压器和LDO（低压差）线性稳压器。
这两款电源芯片在应用中，有着各自的优缺点，在电路设计时，需要根据实际有选择地使用。
一、LDO 和BUCK 降压稳压器对比
1、当输入电压为高电压时（一般是》5V 的时候），并且输入输出压差很大时，需要选用BUCK 开关稳压器，这种情况下，采用开关电源芯片，效率高，发热量小；若采用线性稳压器，则输入输出的压差过大，这部分功率都被消耗了，造成效率低、发热量巨大，需要额外增加大的散热片。
当输入电压在5V 以下时，优先考虑LDO 线性稳压器，这类芯片的特点是低成本，若在不考虑成本及高要求的情况下，也可使用开关稳压器芯片。
2、当板级输出电源的输出电流》1A 时，宜用BUCK 开关稳压器，这类芯片型号非常多，这里就不一一列举了；当输出的电源在1A 以下，最好选
择LDO 芯片，使用开关稳压器就有些浪费资源了，呵呵。
降压和反向降压
降压和反向降压
LM5017系列产品等降压转换器或稳压器集成电路（IC）可以从正VIN产生负VOUT在DC/DC转换器领域是常识。
乍一看，使用降压稳压器IC的反向降压-升压转换器的电路图与降压转换器十分相似（图1a和1c）。
但是两个电路也存在重大差异，无论是在电压和电流高低，切换电流流动还是在布局上。
在此前的博文中，我讨论了VIN范围、VOUT范围和可用输出电流IOUT 最大值的区别。
布局的差异源自反向降压-升压转换器和降压变换器的切换电流流动路径的差异虽然至关重要不容易理解。
图1显示了降压转换器和反向降压-升压转换器开关并流的差异。
在降压转换器（图1a和1b）中，输入回路包括输入电容CIN、高侧开关QH和同步整流器QL，传导高di / dt的切换电流。
输出回路，包括同步整流器QL、电感器L1和输出电容Cout，具有相对连续的电流。
因此，虽然优化输入电流回路区域至关重要，但是不如优化输出电流回路区域重要。
图1：降压转换器（a和b）与反向降压-升压转换器（c和d）中的切换电流。
buck降压电路基本构成与工作原理
buck降压电路基本构成与工作原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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在电子电路设计中，降压电路是一种常见的电源管理电路，用于将高电压降低到所需的较低电压级别。
vicor_Picor Cool-Power ZVS 降压稳压器
Picor Cool-Power 是:
› › › › 容易使用 灵活 高效率 高密度
13
容易使用
Cool-Power 及配套元件
Cool-Power及配套元件概要图
› 输入/输出电容, 和一个输出电感就是所有需要外加的元件 › 无需外部参数设置 › 引脚对引脚兼容, 可很容易的转换更高或更低电流的元件, 只需 以 “拿掉-贴 上”的方式布线, 加快产品上市时间 › 另有其他功能, 增加不同应用的灵活性
Picor QuietPower® 输出纹波衰减器
负载开关 48 V 或 24 V 蓄电池 有源冷或门
输出有源纹波衰减器
负载开关
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Picor QuietPower® 输入有源 EMI 滤波器 Picor Cool-ORing®
热插拔
DC-DC
有源冷或门
有源冷或门
业内最快的晌应时间 (快25%典型) 及 导通抗阻 RDS(on) (低 30% 典型)
7
7
什么因素阻碍现有技术发展?
› 硬开关 –现今, 大多数非隔离降压稳压器拓扑的开关损耗都很大. 原因是在导 通和关断期间, MOSFET 同时抵受高电流和高电压应力.当开关频率与输入电压增 高时,这些损耗同时增大, 局限了其可以达到的最高工作频率，效率和功率密度 栅极驱动损耗 –由于栅极驱动电路内的米勒电荷的功耗较高, 导至硬开关拓扑 结构的栅极驱动损耗也较高 体二极管传导 – 当高电平端 MOSFET 导通和关闭时, 高脉动电流通过低电平端 MOSFET 本身的体二极管。体二极管导通的时间越长，反向恢复损耗和体二极管 传导损耗便愈高。体二极管传导也会造成破坏性的过冲和振铃。
PI33XX ZVS 稳压器拓扑
• 高频率操作至最高输入电压 • 零电压谐振软启动（高效率，低噪声）
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4.4 恒定导通时间(COT) 降压稳压器
恒定导通时间(COT)迟滞稳压器
对于一个给定的V IN ，当负载电流变化时，导通时间是恒定的
Ripple is needed to properly switch the comparator!!
R F2
R F1+
-Error
Comparator
Modulator
V REF
+-
R L
R C
(ESR)
V IN
V OUT
Power Stage
L
C
One-Shot Inversely Proportional to V IN
V FB •优势
–相对于VIN 的变化频率保持恒定
–可在轻负载下实现高效率
–快速瞬态响应
•劣势
–在反馈比较器上需要纹波–对输出噪声很敏感
（因为它转换为反馈纹波）
功率管导通时间与Vin 成反比
工作频率（连续）
T ON 为导通时间，F S 为工作频率。
恒定导通时间控制器负责设定降压开关的导通时间。
K 是一个常数，R ON 是一个编程
电阻器。
V IN 如预期的那样在分母当中，将导通时间设定为与V IN 成反比。
重新整理并将T ON 代入第一个公式，然后求解F S
恒定导通时间可实现接近恒定的频率
开关频率几乎是恒定的；变化是由于R
DS-ON 、二极管
电压和R
ON
引脚输入阻抗的影响造成的
注：一个连接在V
IN 和R
ON
之间的电阻器负责设定导
通时间
恒定导通时间稳压器波形（不连续）
对于COT 稳压器，假如电感器电流保持连续，则恒定频率关系式成立。
在轻负载条件下，电感器中的电流将变得不连续。
这里示出的是在不连续导通模式中采用恒定导通时间控制方法进行控制（这意味着斜坡电感器电流每个周期都恢复至零）的降压稳压器的开关波形。
初始配置电路
•V OUT 上的纹波电压为电感器的纹波电流x R3 •由于电感器的纹波电流随V IN 的增加而增加，因此V OUT 上的纹波电压也随之增加
FB
SW
L1
C2R1
R2
BST
VCC
C3
C4
D1V OUT
RON/SD
VIN
Input Voltage
C1
RTN
SGND
R ON
R3
Ripple here must be
>25 mVp-p
Ripple here is greater than that at FB by the ratio of
(R1+R2)/R2.
LM2695
初始配置瞬态响应
输出电压
LM2695 初始电流
V IN = 12V, V
OUT
= 10V
负载瞬态响应
400 mA
100 mA 50 mV
利用1 个电容器减低纹波！
增设C5 将使FB 上的纹波与V OUT 上的纹波相同，而无需借助R1 和R2 的衰减作用。
这可以降低纹波，但不会消除纹波
中间纹波配置
FB
SW
L1
C2
R1
R2BST
VCC
C3
C4
D1
V OUT
RON/SD
VIN
Input Voltage
C1
RTN
SGND
R ON
R3Ripple here must be
>25 mVp-p
Ripple here can now be a minimum of 25 mVp-p - same
as at FB.
C5
LM2695
增设一个电容器时的COT 瞬态响应
LM2695 中间纹波配置V IN = 12V, V OUT = 10V
400 mA 100 mA
输出电压
20 mV
负载瞬态响应
如何实现最小的纹波？
LM2695
最小纹波电路瞬态响应
LM2695 最小纹波配置
V IN = 12V, V OUT = 10V
负载瞬态响应
输出电压
400 mA
100 mA
10 mV
最好了解一下：
如果去掉R3 会发生什么？
FB SW
L1C2
R1R2
BST C4D1V OUT
SGND Ripple here must be >25 mVp-p
在它应该上升的时候却走
低!!
电路的调节性能很差，并产生大量的噪声和抖动!!t ON t OFF SW 引脚V OUT V SW
V
OUT 纹波
优选的波形
最好知道：
不要安放过大的输出电容！
LM2695FB SW
L1
C2
R1R2
BST
VCC
C3
C4
D1V OUT
RON/SD VIN C1RTN SGND R ON R3
负载
PC 板周围的分布式电容
V IN
其他需要牢记的事项
•续流二极管应该是一个肖特基二极管，而不是一个超快速二极管！
•必须在V IN 引脚的近旁布设一个0.1 μF 陶瓷片式电容器！
•必须谨慎地排布PC 板走线！
使环路的物理尺寸保持小巧以最大限度地抑制辐射EMI 。
谢谢！。